CN112415740A - 一种结构光控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构光控制装置，涉及光电检测技术领域，包括：控制器、光源以及沿光源的出光方向依次设置的准直镜、振镜和感光元件；控制器分别与振镜和感光元件电连接；从振镜出射的光束包括成像光束和遮蔽光束，成像光束用于出射成像，遮蔽光束入射感光元件并通过感光元件生成反馈信息；控制器用于根据反馈信息调整振镜的振动幅值和相位，进而使得振镜和光源相同步匹配，提高整个结构光模组的出光质量。同时，通过利用遮蔽光束，可以在不影响成像光束成像的同时，完成对应的反馈信号的获取。

Description

一种结构光控制装置

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，具体而言，涉及一种结构光控制装置。

背景技术

随着科学技术的快速发展，结构光技术越来越成熟，目前，结构光技术已经被广泛应用于多种领域。而基于振镜的光栅结构光投影机为其中一种精度较高，成本较低的实现方法。光栅结构光投影机的结构一般至少包括振镜和激光源。振镜为一种可在一定角度内摆动的反射镜，从而使入射的光束随着振镜在一定范围内扫描。

由于光栅结构光投影机在工作时，振镜的相位值会随环境和驱动条件发生未知变化，故容易使得光源和振镜的控制不同步，进而影响出光的质量。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种结构光控制装置，以改善现有光源和振镜控制不同步的问题，提高出光的质量。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例的一方面，提供一种结构光控制装置，包括：控制器、光源以及沿光源的出光方向依次设置的准直镜、振镜和感光元件；控制器分别与振镜和感光元件电连接；从振镜出射的光束包括成像光束和遮蔽光束，成像光束用于出射成像，遮蔽光束入射感光元件并通过感光元件生成反馈信息；控制器用于根据反馈信息调整振镜的振动幅值和相位。

可选的，感光元件位于主光轴的一侧，感光元件与主光轴呈预设夹角，预设夹角为振镜偏转的预设最大扫描角度。

可选的，结构光控制装置还包括设置在振镜与感光元件之间的反射光学元件，反射光学元件用于调节振镜出射的遮蔽光束的出射方向。

可选的，反射光学元件包括具有腔室的基座以及设置在腔室内的平面反射镜；基座包括第一侧壁和第二侧壁；在第一侧壁和第二侧壁上分别设置有透光区域；感光元件与第二侧壁贴合设置且位于第二侧壁上的透光区域；遮蔽光束由第一侧壁上的透光区域入射经平面反射镜反射后通过第二侧壁上的透光区域入射感光元件。

可选的，反射光学元件为反射棱镜；在反射棱镜的反射面上设置有反射层；反射棱镜的入射面包括透光区域和遮光区域；感光元件与反射棱镜的出射面贴合设置；遮蔽光束由入射面上的透光区域入射经反射面反射后通过出射面入射感光元件。

可选的，在入射面上采用丝网印刷工艺形成遮光区域。

可选的，反射层为镀银反射膜和介质反射膜中的一种。

可选的，入射面上的透光区域为三角形、长方形和圆形中的一种。

可选的，振镜为微机电振镜。

可选的，结构光控制装置还包括电路基板；振镜与感光元件位于电路基板。

本发明的有益效果包括：

本发明提供了一种结构光控制装置，感光元件和控制器电连接，控制器和振镜电连接。光源位于准直镜的一侧，且，准直镜、振镜和感光元件依次设置在光源的出光方向，即光源出射光束，经过准直镜的准直后，入射振镜，通过振镜的反射后的光束根据作用包括两种类型，一种为成像光束，另一种为遮蔽光束。其中，成像光束则为最终投射在目标区域内成像的光束，遮蔽光束则为在整个装置出光时，被遮蔽不出射至目标区域成像的光束。在遮蔽光束传播的路径中设置感光元件，以便于从振镜出射的遮蔽光束能够入射至感光元件。感光元件随之将其转化为电信号(还可以进一步的通过放大电路进行放大)，即反馈信息，由控制器获取到该反馈信息后，经过分析处理得出振镜的姿态信息，从而将其与预设的信息进行比对，通过对应调整振镜的振动幅值和相位，进而使得振镜和光源相同步匹配，提高整个结构光模组的出光质量。同时，通过利用遮蔽光束，可以在不影响成像光束成像的同时，完成对应的反馈信号的获取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种结构光控制装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的一种结构光控制装置的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的一种结构光控制装置的结构示意图之三；

图4为本发明实施例提供的一种结构光控制装置的结构示意图之四；

图5为本发明实施例提供的一种结构光控制装置的反射棱镜的结构示意图之一；

图6为本发明实施例提供的一种结构光控制装置的反射棱镜的结构示意图之二。

图标：100-光源；110-成像光束；120-遮蔽光束；200-准直镜；300-振镜；400-目标区域；500-感光元件；510-感光面；600-反射光学元件；610-入射面；611-入射面的透光区域；612-入射面的遮光区域；620-反射面；630-出射面；700-电路基板；810-第一杂散光；820-第二杂散光。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本发明的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例的一方面，参照图1和图2，提供一种结构光控制装置，包括：控制器、光源100以及沿光源100的出光方向依次设置的准直镜200、振镜300和感光元件500；控制器分别与振镜300和感光元件500电连接；从振镜300出射的光束包括成像光束110和遮蔽光束120，成像光束110用于出射成像，遮蔽光束120入射感光元件500并通过感光元件500生成反馈信息；控制器用于根据反馈信息调整振镜300的振动幅值和相位。

示例的，如图1和2所示，结构光控制装置包括控制器、光源100、准直镜200、振镜300和感光元件500。其中，感光元件500和控制器电连接，控制器和振镜300电连接。光源100位于准直镜200的一侧，且，准直镜200、振镜300和感光元件500依次设置在光源100的出光方向，即光源100出射光束，经过准直镜200的准直后，入射振镜300，通过振镜300的反射后的光束根据作用包括两种类型，一种为成像光束110，另一种为遮蔽光束120。其中，成像光束110则为最终投射在目标区域400内成像的光束，遮蔽光束120则为在整个装置出光时，被遮蔽不出射至目标区域400成像的光束。在遮蔽光束120传播的路径中设置感光元件500，以便于从振镜300出射的遮蔽光束120能够入射至感光元件500。感光元件500随之将其转化为电信号(还可以进一步的通过放大电路进行放大)，即反馈信息，由控制器获取到该反馈信息后，经过分析处理得出振镜300的姿态信息，从而将其与预设的信息进行比对，通过对应调整振镜300的振动幅值和相位，进而使得振镜300和光源100相同步匹配，提高整个结构光模组的出光质量。同时，通过利用遮蔽光束120，可以在不影响成像光束110成像的同时，完成对应的反馈信号的获取。

需要说明的是，本申请中的光源100的数量可以是单个，也可以是两个，还可以是多个。可以是点光源100，也可以是线光源100，还可以是面光源100等等的多种形式。在其被准直镜200准直后，可以是形成一线性光束，通过振镜300的摆动和反射，随之在目标区域400内形成线阵光。还需要说明的是，本申请中的准直镜200可以是平凸透镜，也可以是双凸透镜，还可以是组合透镜，只要其可以对入射的光束起到准直作用即可，本申请对其不做具体限制。

可选的，感光元件500位于主光轴的一侧，感光元件500与主光轴呈预设夹角，预设夹角为振镜300偏转的预设最大扫描角度。

示例的，如图2所示，感光元件500的设置位置可以是位于主光轴的一侧，即感光元件500与主光轴呈预设夹角，同时，预设夹角为振镜300偏转时的预设最大扫描角度，此时，遮蔽光束120随着振镜300的偏转而发生一定的偏转，当振镜300偏转至预设最大扫描角度时，反射出去的遮蔽光束120刚好可以入射至感光元件500，从而由感光元件500将其对应转化为电信号。随着振镜300的往复摆动，对应的形成脉冲式的间断性的电信号。通过控制器的分析处理判断振镜300和光源100是否同步，当不同步时，对振镜300的振动幅值和相位进行对应调整，直至振镜300和光源100同步为止。需要说明的是，上述的振镜300偏转的预设最大扫描角度为振镜300在结构光模组中工作时的最大偏转角度，例如，当目标区域400内像为线阵图案时，位于线阵图案中间位置的线条像对应振镜300的初始状态，即此时偏转角度为零。位于线阵图案距离中间位置的线条像最远的线条像对应振镜300此时处于最大偏转角度，即预设最大扫描角度。

例如图3所示，当成像光束110在振镜300的振动下所形成的有效扫描角度为±a度时，对应的，遮蔽光束120同样在振镜300的振动下所成的扫描角度为±(a+n)度，感光元件500的设置位置可以是当振镜300偏转或振动至预设最大扫描角度时，即振镜300的偏转或振动至(a+n)/2度时，从振镜300反射出去的遮蔽光束120能够刚好入射至感光元件500的感光面510上。即通过特定角度入射的光束才可以被感光元件500的感光面510接收，提高了感光元件500的抗杂散光的干扰能力。n的值可以根据感光元件500的分辨率和实际需要进行合理选择。

可选的，结构光控制装置还包括设置在振镜300与感光元件500之间的反射光学元件600，反射光学元件600用于调节振镜300出射的遮蔽光束120的出射方向。

示例的，如图2所示，为了改善感光元件500受外部杂散光的影响和干扰，还可以在振镜300和感光元件500之间设置有反射光学元件600，即从振镜300出射的遮蔽光束120需要经过反射光学元件600的反射后，才能入射感光元件500，即调节从振镜300出射的遮蔽光束120的传播方向。配合上述实施例，将反射光学元件600的位置设置于刚好能够接收到振镜300偏转至(a+n)/2度时，从振镜300反射出去的遮蔽光束120，进而将入射至反射光学元件600的遮蔽光束120通过特定角度的反射后，能够刚好入射至感光元件500的感光面510上。示例的，如图5所示，当环境外部的第一杂散光810以其它角度入射至反射光学元件600时，其会被反射至感光元件500的感光面510之外的区域，从而进一步的改善感光元件500的抗干扰能力。需要说明的是，本实施例对反射光学元件600的具体类型不做限制，例如可以是后续的两种实施例中的任一种，此外，还可以是其它具有反射作用的结构形式。

可选的，反射光学元件600包括具有腔室的基座以及设置在腔室内的平面反射镜；基座包括第一侧壁和第二侧壁；在第一侧壁和第二侧壁上分别设置有透光区域；感光元件500与第二侧壁贴合设置且位于第二侧壁上的透光区域；遮蔽光束120由第一侧壁上的透光区域入射经平面反射镜反射后通过第二侧壁上的透光区域入射感光元件500。

示例的，其中的一种实施例为：反射光学元件600包括基座和平面反射镜。其中，基座具有腔室，平面反射镜则设置在腔室的内壁上，同时，在基座的第一侧壁和第二侧壁上均设置有可以使得光束通过的透光区域。为了实现感光元件500对于遮蔽光束120的接收，还可以将感光元件500贴合设置在第二侧壁上的透光区域，使得感光元件500的感光面510和第二侧壁上的透光区域对应。同时，为了保证遮蔽光束120能够在特定角度下入射基座腔室内的平面反射镜，还可以在第一侧壁上对应设置有透光区域。即当振镜300偏转至一定角度时，例如偏转至(a+n)/2度时，从振镜300反射出去的遮蔽光束120，刚好能够经过第一侧壁上设置的透光区域入射至腔室内的平面反射镜，然后在平面反射镜的反射作用下通过第二侧壁上设置的透光区域入射感光元件500的感光面510。其中，上述在第一侧壁和第二侧壁上设置的透光区域可以是具有透光材质的实体结构，也可以是设置有开孔。第一侧壁上的透光区域的形状可以是圆形，也可以是三角形，还可以是长方形等等多种形式。第二侧壁上的透光区域的形状可以是根据感光元件500的感光面510的形状进行对应匹配设置。为了提高感光元件500的抗干扰能力，还可以使得基座除第一侧壁和第二侧壁上的透光区域外的剩余侧壁均设置为遮光材质，从而避免杂散光入射平面反射镜进而形成干扰。

可选的，反射光学元件600为反射棱镜；在反射棱镜的反射面620上设置有反射层；反射棱镜的入射面610包括透光区域和遮光区域；感光元件500与反射棱镜的出射面630贴合设置；遮蔽光束120由入射面610上的透光区域入射经反射面620反射后通过出射面630入射感光元件500。

示例的，如图5所示，另一种实施例中反射光学元件600可以是反射棱镜，其中，反射棱镜可以是三棱镜，也可以是四棱镜等等多种形式。在反射棱镜的反射面620上设置或形成有反射层，同时，在反射棱镜的入射面610上则对应形成有入射面的透光区域611和入射面的遮光区域612。通过遮光区域可以改善外部环境中的杂散光入射棱镜。将反射棱镜的出射面630和感光元件500贴合设置在一起，此时，当振镜300偏转至一定角度时，例如偏转至(a+n)/2度时，从振镜300反射出去的遮蔽光束120，刚好能够经过反射棱镜上的入射面610上的透光区域，进入反射棱镜，同时，在反射棱镜内的反射层的反射作用下，经出射面630后直接入射感光元件500。通过在入射面610上设置有遮光区域，从而能够遮蔽一部分环境中的杂散光。透光区域的设置应刚好位于振镜300偏转至特定角度时反射出的遮蔽光束120的传播路径中。如图5所示，其它角度经振镜300反射的光反射后无法到达感光元件500的感光面510，例如第一杂散光810能进入反射棱镜反射，但无法到达感光元件500的感光面510，第二杂散光820，如光机外环境光，会被遮光区域阻拦，同样无法到达感光元件500的感光面510。如图6所示，遮光区域的处理可以是通过丝网印刷工艺将非透光材质印刷于反射棱镜表面进而形成遮光区域。

可选的，反射棱镜还包括第一侧面和第二侧面；第一侧面、第二侧面、入射面610、反射面620和出射面630围合形成反射棱镜的表面；在第一侧面和第二侧面分别设置遮光区域。

示例的，为了进一步的提高反射棱镜和感光元件500组成的整体的抗干扰能力，还可以除了反射棱镜的入射面610上的透光区域以及出射面630上和感光元件500的感光面510匹配的透光区域外，在反射棱镜剩余的表面均进行遮光处理，形成遮光区域，从而有效的阻挡外部环境光的干扰。

可选的，反射层为镀银反射膜和介质反射膜中的一种。

示例的，反射层可以是镀银反射膜或介质反射膜。在本实施例外的其它实施例中，只要其材质可以高于一定反射率反射光源100发射的波长，同时阻止感光元件500感光范围内的光波长透过即可。

可选的，入射面610上的透光区域为三角形、长方形和圆形中的一种。

示例的，入射面610上的透光区域可以是三角形、长方形和圆形中的任一种，此外，也可以是其它的形状。

可选的，振镜300为微机电振镜300。

示例的，振镜300可以是微机电振镜300，即MEMS振镜300，其是一种采用MEMS工艺制作的一种微镜，其工作模式多为谐振模式，具有尺寸小，振荡频率高，无旋转部件等优势。有利于整个结构光控制装置的小型化。

可选的，结构光控制装置还包括电路基板700；振镜300与感光元件500位于电路基板700。

示例的，为了进一步的提高结构光的内部的各元器件的一体化，同时，提高空间的利用率，如图2和4所示，还可以将振镜300和感光元件500设置于同一电路基板700上，也有利于简化电路设计和安装，从而能够实现小型化，并且大大的节约了成本，同时也减少了组装复杂度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种结构光控制装置，其特征在于，包括：控制器、光源以及沿所述光源的出光方向依次设置的准直镜、振镜和感光元件；所述控制器分别与所述振镜和所述感光元件电连接；从所述振镜出射的光束包括成像光束和遮蔽光束，所述成像光束用于出射成像，所述遮蔽光束入射所述感光元件并通过所述感光元件生成反馈信息；所述控制器用于根据所述反馈信息调整所述振镜的振动幅值和相位。

2.如权利要求1所述的结构光控制装置，其特征在于，还包括设置在所述振镜与所述感光元件之间的反射光学元件，所述反射光学元件用于调节所述振镜出射的遮蔽光束的出射方向。

3.如权利要求2所述的结构光控制装置，其特征在于，所述反射光学元件包括具有腔室的基座以及设置在所述腔室内的平面反射镜；所述基座包括第一侧壁和第二侧壁；在所述第一侧壁和所述第二侧壁上分别设置有透光区域；所述感光元件与所述第二侧壁贴合设置且位于所述第二侧壁上的透光区域；所述遮蔽光束由所述第一侧壁上的透光区域入射经所述平面反射镜反射后通过所述第二侧壁上的透光区域入射所述感光元件。

4.如权利要求2所述的结构光控制装置，其特征在于，所述反射光学元件为反射棱镜；在所述反射棱镜的反射面上设置有反射层；所述反射棱镜的入射面包括透光区域和遮光区域；所述感光元件与所述反射棱镜的出射面贴合设置；所述遮蔽光束由所述入射面上的透光区域入射经所述反射面反射后通过所述出射面入射所述感光元件。

5.如权利要求4所述的结构光控制装置，其特征在于，在所述入射面上采用丝网印刷工艺形成所述遮光区域。

6.如权利要求4所述的结构光控制装置，其特征在于，所述反射层为镀银反射膜和介质反射膜中的一种。

7.如权利要求4所述的结构光控制装置，其特征在于，所述入射面上的透光区域为三角形、长方形和圆形中的一种。

8.如权利要求1所述的结构光控制装置，其特征在于，所述振镜为微机电振镜。

9.如权利要求1所述的结构光控制装置，其特征在于，还包括电路基板；所述振镜与所述感光元件位于所述电路基板。

Images